竖壁降膜冷却系统中液膜流动与传热特性研究

发布时间：2021-01-07 21:29

　　当前,能源消耗日益加剧,环境污染问题严重制约了人类社会的长远发展,探究和开发高效节能的换热技术对社会经济发展具有重要意义。液体薄膜流具有高传热系数、高热流密度、小流量、小温差、低消耗、结构简单等优点,利用液体薄膜流的优良特性可以优化工业生产中高热流密度条件下的强化换热特性。要高效利用液体薄膜流强化传热传质的优点,关键在于弄清液膜的内部流动特性和传热传质机理,保持液膜流动稳定,使之均匀覆盖于热源表面;如果液膜铺展产生破断,热源表面出现干斑,热量就不能被消耗,进而导致热源热量分布不均。因此,需要对降膜的流动过程和传热特性进行深入的研究。本文以核电站非能动安全系统中的钢制安全壳为研究对象,搭建了竖壁降膜流动与传热实验台,对竖直壁面外的液膜流动与传热过程展开实验研究,测得了不同实验条件下壁面外的液膜厚度及温度分布,得到了不同实验条件对液膜铺展与蒸发的影响规律。液膜随时间的变化不断波动,降膜表面呈现出各种大小不同的孤立波现象;随着Re的增加,液膜波动增强且平均液膜厚度增加;在降膜喷淋液的冷却下,壁面温度迅速下降,随后达到稳定不变的状态;由于位置的差异,距离喷淋液入口越近的位置,壁温变化越慢;在相... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 降膜流动与蒸发特性
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 降膜流动的研究进展
        1.3.2 降膜蒸发的研究进展
    1.4 本文研究内容
2 液膜铺展与蒸发实验系统
    2.1 实验目的及内容
    2.2 实验系统
        2.2.1 实验台架
        2.2.2 实验段
        2.2.3 加热段
    2.3 测量系统
        2.3.1 液膜厚度测量
        2.3.2 风速测量
        2.3.3 温度采集
    2.4 实验方法
        2.4.1 实验步骤
        2.4.2 热平衡计算
        2.4.3 误差分析
    2.5 本章小结
3 液膜流动与蒸发特性实验研究
    3.1 液膜流动特性实验研究
        3.1.1 液膜波动特性
        3.1.2 瞬态液膜厚度统计
        3.1.3 液膜厚度概率密度分布
        3.1.4 平均液膜厚度关联式
    3.2 液膜蒸发特性实验研究
        3.2.1 壁面温度变化
        3.2.2 液膜温度变化
        3.2.3 稳态后壁面与液膜的温度分布
        3.2.4 稳态后不同位置处的温度分布
        3.2.5 逆向气流对传热系数的影响
    3.3 本章小结
4 降膜流动与蒸发特性模拟研究
    4.1 数值模拟方法
        4.1.1 数值模型与网格划分
        4.1.2 控制方程
        4.1.3 求解模型
        4.1.4 网格无关性验证及时间步长的设定
    4.2 模拟结果
        4.2.1 模型验证
        4.2.2 竖壁外液膜的铺展过程
        4.2.3 液膜厚度、速度及压力分布
        4.2.4 不同Re数条件下的液膜波动特性
    4.3 不同参数对液膜温度的影响
        4.3.1 降膜Re数对温度分布的影响
        4.3.2 壁面温度对温度分布的影响
        4.3.3 逆向气流对温度分布的影响
        4.3.4 壁面倾斜角对温度分布的影响
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]大尺寸平板上降膜蒸发传热的数值模拟[J]. 杨小杰,胡珀.  核科学与工程. 2019(01)
[2]横管降膜过程中液膜内流动和传热特性分析[J]. 邱庆刚,孟垂举,张琨,沈胜强.  热科学与技术. 2018(02)
[3]竖直通道内降膜流动数值模拟研究[J]. 万智华,厉彦忠,陈宏振.  制冷学报. 2017(06)
[4]不同壁面特性下液膜铺展性能数值模拟[J]. 赵林林,丁玉栋,朱恂,廖强,赖富兴.  原子能科学技术. 2017(05)
[5]布液装置影响降膜特性的三维数值模拟[J]. 段林林,高虹,郭玉君,杨晓宏,田瑞.  膜科学与技术. 2017(02)
[6]出口高度对非能动安全壳冷却系统影响[J]. 刘友宏,孙明月.  强激光与粒子束. 2015(12)
[7]平板降膜流动统计规律的实验研究[J]. 宋健,于意奇,杨燕华.  核动力工程. 2012(05)
[8]竖直平板水膜表面波演化行为实验研究[J]. 宋建,胡珀,韦胜杰,于意奇,杨燕华.  原子能科学技术. 2012(07)
[9]竖壁冷态降液膜流动统计特性实验研究[J]. 韦胜杰,宋建,胡珀,杨燕华.  原子能科学技术. 2012(06)
[10]气液叉流下受热液膜的热质传递特性[J]. 蒋斌,王子云,付祥钊,王勇.  排灌机械工程学报. 2011(05)

博士论文
[1]大尺度平板水膜流动行为的数值模拟和试验研究[D]. 于意奇.上海交通大学 2012
[2]壁面薄膜流的热质传递和稳定性研究[D]. 叶学民.华北电力大学（河北） 2003

硕士论文
[1]水平管外降膜蒸发传热与流动特征的三维数值研究[D]. 孟垂举.大连理工大学 2018
[2]弧形平板降膜流动与传热实验研究及数值模拟[D]. 张蔷.北京化工大学 2016
[3]竖壁降液膜流动特性的研究[D]. 王仁芳.大连理工大学 2007



本文编号：2963270